Onderzoekers van de Universiteit van Bristol hebben aangetoond hoe laboratoriumevolutie aanleiding kan geven tot zeer efficiënte enzymen voor nieuwe-naar-natuurreacties, de deur openen voor nieuwe en milieuvriendelijkere manieren om drugs en andere chemicaliën te maken.

Wetenschappers hebben eerder vanaf het begin eiwitkatalysatoren ontworpen met behulp van computers, maar deze zijn veel minder capabel dan natuurlijke enzymen. Om hun prestaties te verbeteren, een techniek genaamd laboratoriumevolutie kan worden gebruikt, waarmee de Amerikaanse scheikundig ingenieur Frances Arnold pionierde en waarvoor ze in 2018 de Nobelprijs ontving. Geregisseerde evolutie imiteert natuurlijke selectie, waardoor wetenschappers de kracht van biologie kunnen gebruiken om het vermogen van eiwitten te verbeteren om taken uit te voeren, zoals het katalyseren van een specifieke chemische reactie.

Maar hoewel het onderzoeksteam onlangs laboratoriumevolutie had gebruikt om een ​​ontworpen enzym met meer dan 1 te verbeteren, 000 vouwen, het was onbekend hoe de evolutie haar activiteit verhoogt. Tot nu.

Hoofdauteur Professor Adrian Mulholland van Bristol's School of Chemistry zei:"Evolutie kan katalysatoren veel actiever maken. Het punt is, evolutie werkt op mysterieuze manieren:bijvoorbeeld, mutaties die de katalyse blijkbaar verbeteren, omvatten vaak veranderingen in aminozuren ver van de actieve plaats waar de reactie plaatsvindt."

"We wilden begrijpen hoe evolutie inefficiënte designer-biokatalysatoren kan transformeren in zeer actieve enzymen.", de eerste auteur van de studie, Dr. Adrian Bunzel, zei.

Om dit te doen, het internationale onderzoeksteam uit Bristol, de ETH Zürich en de Universiteit van Waikato (NZ) wendden zich tot moleculaire computersimulaties. "Deze laten zien dat evolutie de manier waarop het eiwit beweegt verandert - de dynamiek ervan. Simpel gezegd, evolutie 'stemt' de flexibiliteit van het hele eiwit af, " hij voegde toe.

Het team identificeerde ook het netwerk van aminozuren in het eiwit dat verantwoordelijk is voor deze 'afstemming'. Bij deze netwerken zijn delen van het eiwit betrokken die door evolutie zijn veranderd.

Dr. Bunzel zei:"Na evolutie, het hele eiwit lijkt samen te werken om de reactie te versnellen. Dit is belangrijk omdat wanneer we enzymen ontwerpen, we richten ons vaak alleen op de actieve site, en vergeet de rest van het eiwit."

Prof Mulholland voegde toe:"Dit soort analyse zou kunnen helpen om effectievere 'de novo'-enzymen te ontwerpen, voor reacties waar we voorheen niet op konden mikken."

Het onderzoek, gepubliceerd in Natuurchemie , onthult hoe evolutie designer-enzymen krachtiger maakt, de weg vrijmaken voor op maat gemaakte katalysatoren voor groene chemie.

De onderzoekers zullen hun bevindingen nu gebruiken om nieuwe eiwitkatalysatoren te ontwerpen.